[发明专利]烃类转化的方法及设备

说明书

本发明关系到烃类（例如甲烷）转化的方法及设备，可供制备转化产品（例如乙炔）之用。

事实上，目的在于把烃类原料转化成为专用于化工的基础产品。

在本发明范围以内可以入选的烃类原料或进料中，必需指出，还包括甲烷、天然气、液化石油气（LPG）、轻汽油及石脑油、石油重馏分、或炼油产品、原油以及一般说，从矿物原料、页岩及油砂沥青、煤、或从生物质、动物物料或各自废品（民用垃圾）所得到的气体或液体烃类。

这些原料转化所得的当前化学工业上广泛采用的基础产品有诸如乙炔、烯烃及二烯烃之类的低分子量不饱和烃类，或是分子量也比较低的饱和烃类，或是还可能包括一氧化碳或氢气。

目前有各种类型转化烃类的方法及设备。

首先，说明一下众所周知的“热加工”方法，该方法可以分成两大类。

第一类是通过高能电源（电弧或等离子弧提供转化反应所需的能量）。

第二类是通过一部分烃类进料自身燃烧（已知的方法中叫做“一段”法）或是另用燃料燃烧，以取得化学源的能量。燃烧的产物或是与烃混合（所谓“两段”法），或是用于加热反应器壁上所安装的耐火材料，以保证上述烃的转化（所谓“循环”法）。

所谓一段法的两个基本特点包括，一方面借助于辅助燃烧反应来预热反应物料（至少是氧气和一种烃），另一方面，在进行放热氧化反应之前，对上述原料进行预混，以导致初始烃的转化。

在该一段法中，原料在反应室中的预混合是必不可少的，考虑到气体的扩散速率与原料彼此之间的接触时间是相反的，因此，需要进行控制，以保证在适宜的条件下进行转化反应。

当严谨测定此等类型方法的反应历程时，发现烃一部分转化成乙炔（当选用甲烷燃料时），一部分转化成一氧化碳、氢、二氧化碳和水。在实际中难免形成积炭，而且这种缺陷是难于克服的。所得的反应混合物需要最终急冷，当用油急冷时，可以从反应的气体中回收大量的显热，而且稳定了转化所得产品。另一方面，选择性（指烃类实际上转化成所需要的烃类转化产品的百分数）颇为中等，也就是说，生成一氧化碳的比例相当高。

在两段法中，第一段是通过氢-氧型燃烧反应产生温度很高的气体。为了缓和温度上升，一般加入水蒸汽。第二段则将所得的热气体与要转化的烃进行混合，后者即进行热解反应，当以甲烷作为原料烃时，则生成诸如乙炔和乙烯的热解产物。

一般来说，为了提供反应产物的混合度，将取得热解产物循环通过文丘里管或类似的混合器，然后再急冷。

实际上，这种类型的方法似乎仍然是比较不适用的，特别是当以甲烷作为原料烃的情况下。此外，发现由于反应的特殊放热以及其暴烈性。所以进行反应的设备器壁要求用高度耐高温材料（耐火材料）制备。

本发明的目的就是恰好要解决目前已有的各种转化方法中所存在的困难与缺点。为达到目的，发明中提供了：

-用至少一种类型的烃或烃进料，和至少含氧20%（体积%）的第一气体作为原料物质;

-首先，使此等物质在平行的诸物流管中各自，（也就是说不能混合）形成环行流，而且采用空间分布，使第一气体至少在两侧被上述烃所围绕;

-在第一给定的环形段中，当使此等物质混合时，引燃氧气与烃，以诱发转化反应;

-之后，如众所知，在处于第一环形段下游的第二环形段，引入急冷液（例如油），对所生成的混合物进行急冷，随后即可回收急冷的转化产品。

在某些情况下，特别是要提高反应的选择性时，还要再加入第二气体作为进一步的原料物质，其中至少包括30%的氢气（体积%）。该第二气体首先不混合，在与烃和与上述含氧第一气体平行且大体上相互邻近的物流管中形成环形流，在上述的烃氧引燃的环形段中，当使物质混合在一起时，氢气也会引燃。

在此情况下，通过富氧第一气体和富氢第二气体的混合燃烧反应所得的物质，将照样与围绕第二气体的烃进行混合，在引燃物质之前不用先加入水蒸汽。

此外，在此情况下，由于第二气体在二者之间的介入，第一气体在不接触烃的情况下，可以发生大量的反应。

还必需指出的是，两种气体与烃通过扩散将要大量进行混合的这一特性，根据观察，可以不予考虑。

必需指出，在本发明中。富氧第一气体也可含有一定量的氢气，实际上存在于第二气体中的氢气（体积）量，要至少等于存在上述第一和第二气体中氢气总量的10%（最好是100%）（体积%）。

还要指出的，就存在于第一和第二气体中氢气和氧气的体积总量来说，氢气与氧气的比例要大于2∶1，最好是4∶1是可行的。

如前所述，本发明还关系到为实现刚叙述过的方法所用的设备。